DE3015970A1 - METHOD AND DEVICE FOR CHANGING THE FORM OF WORKPIECES FROM METAL OR ALLOYS - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR CHANGING THE FORM OF WORKPIECES FROM METAL OR ALLOYSInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Andern der Form Method and apparatus for changing the shape
von Werkstücken aus Metall oder Legierungen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf neuartige, verbesserte Verfahren zum Umformen von warmfesten und anderen Metallen und Legierungen. of metal or alloy workpieces The present invention relates to new, improved processes for forming heat-resistant and other metals and alloys.
Ein gegenwärtig wichtiges Anwendungsgebiet für die Erfindung liegt in der Umformung von Turbinen- und Verdichtungsschaufeln auf entweder ihre ursprünglichen oder ihre neuen Gestaltungsformen; und die Grundsätze der Erfindung werden dementsprechend hauptsächlich unter Bezugnahme auf diesen Anwendungsbereich entwickelt werden. Dabei muß man jedoch verstehen, daß dies hauptsächlich aus Gründen der leichteren Verständlichkeit und Klarheit geschieht und damit nicht beabsichtigt wird, den in den beigefügten Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung einzugrenzen, da es hiernach den Fachleuten aus den entsprechenden Gebieten deutlich werden wird, daß sich das neuartige Verfahren gleich gut zum Umformen von anderen metallischen Teilen bzw. Bauteilen einsetzen läßt.A currently important field of application for the invention is in the reshaping of turbine and compression blades to either their original or their new designs; and the principles of the invention are accordingly mainly developed with reference to this scope. Included however, it must be understood that this is mainly for the sake of clarity and clarity happens and is not intended to be those in the attached Claims defined to limit the scope of the invention as it should be understood by those skilled in the art become clear from the corresponding areas becomes that the innovative processes are equally good for forming other metallic parts or Components can be used.
Es ist bekannt, daß die Schaufeln von Turbinentriebwerken durch Fremdgegenstände, Belastungsspannungen und hohe Temperaturen beschädigt oder verzogen werden können. Bis vor wenigen Jahren kamen diese Schaufeln zum Ausschuß, da Schaufelverformung den Wirkungsgrad des Triebwerks reduziert bzw. einen unregelmäßigen Gang bewirkt.It is known that the blades of turbine engines can be damaged by foreign objects, Stress voltages and high temperatures can be damaged or warped. Until a few years ago, these blades were rejected because of blade deformation reduces the efficiency of the engine or causes an irregular gear.
Wegen der hohen Ersatzkosten für Schaufeln sucht man jetzt jedoch nach Verfahren für Schaufelreparaturen. Beispielsweise wird in US-PS 3,574,924 ein Schaufelreparaturverfahren beschrieben, das sich der Diffusionsbindetechnik in geschlossenen Gesenken bei relativ hohen Temperaturen über relativ lange Zeitspannen bedient. Dieses Verfahren findet jedoch keine Anwendung, da es durch die Triebwerkhersteller nicht angenommen oder gebilligt worden ist.However, because of the high replacement costs for blades, one is looking now according to procedures for blade repairs. For example, in U.S. Patent 3,574,924 a Blade repair process described, which uses the diffusion bonding technique in closed Die operated at relatively high temperatures for relatively long periods of time. However, this method is not used because it is used by the engine manufacturer has not been accepted or approved.
Seit Entwicklung des in der oben genannten US-PS offenbarten Verfahrens hat der Erfinder auch schon beschädigte Schaufeln mittels eines Verfahrens repariert, wobei verzogene oder beschädigte Schaufelteile herausgeschnitten wurden, durch passende neue Teile ersetzt wurden, die neuen Teile eingeschweißt wurden und die Schaufel durch Schleifen oder maschinelle Bearbeitung dem Originalprofil angepaßt wurden.Since the development of the process disclosed in the above-mentioned US patent the inventor has already repaired damaged blades by means of a process, where distorted or damaged blade parts were cut out with suitable ones new parts were replaced, the new parts were welded and the shovel by grinding or machining the original profile have been adjusted.
Während dieser Tätigkeit beobachtete der Erfinder, daß viele Schaufeln nur verzogen waren und kein Metall fehlte und er stellte sich die Aufgabe, zur Reparatur solcher Schaufeln die bisher angewandten aufwendigen und zeitverbrauchenden Arbeitsschritte des Schneidens, Schweißens und Schleifens zu eliminieren und neuartige Möglichkeiten zu finden, die dazu benutzt werden können, entweder einer Schaufel ihre ursprüngliche Form wiederzugeben oder ihre Form umzugestalten.During this activity the inventor observed that many shovels only warped and no metal was missing and he set himself the task of repairing it such shovels the previously used complex and time-consuming work steps of cutting, welding and grinding and new possibilities to find that can be used to either shovel its original To reproduce shape or to reshape its shape.
Mit wenigen Worten, zur Lösung der gestellten Aufgabe umfaßt die Erfindung ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zum Umformen von Turbinen- und Verdichterschaufeln, und Anpressen der Schaufeln gegen eine erwärmte Gesenkstirnfläche, die entweder das ursprüngliche Schaufelprofil wiedergibt oder eine neue gewünschte Form bie tet.In a few words, the invention encompasses the solution to the problem posed a new method and a new device for forming turbine and compressor blades, and pressing the blades against a heated die face, which either reproduces the original blade profile or a new one that is desired Form offers.
Schneiden, Schweißen und Schleifen und die Kosten und Zeit der Ausführung dieser Maßnahmen fallen demzufolge alle weg.Cutting, welding and grinding and the cost and time of execution consequently, all of these measures are omitted.
Die durch die Erfindung geschaffene Lösung dieser Aufgabe ist von Bedeutung, da die Aerodynamik der Triebwerke ein hochtheoretisches Fachgebiet ist, in welchem demzufolge ein großer Teil der Entwicklungsarbeit auf empirischem Wege stattfindet. Aufgrund der zum Herstellen von Probeschaufeln angewandten Standard-Schmiedetechniken ist Schmieden zur Optimierung der Schaufelgestaltung zeitaufwendig und kostspi -lig. Dagegen bietet die Erfindung eine relativ billige Methode zum Abändern von aerodynamischen Profilformen, sodaß die Triebwerkkonstrukteure leicht die optimalen Schaufelkonstruktionen zur Realisierung solcher fortgeschrittenen Betriebsmerkmale wie z.B. verringerte Triebwerkgeräusche, verringerter spezifischer Brennstoffverbrauch und erhöhter Triebwerkschub bestimmen können (aufgrund steigender Brennstoffkosten und strengeren Lärmbekämpfungsgesetze wird der Verringerüng des Brennstoffverbrauchs und Reduzierung der Triebwerkgeräuschpegel heute durch die Triebwerkhersteller eine größere Bedeutung zugemessen).The solution to this problem created by the invention is of Significance, since the aerodynamics of the engines is a highly theoretical subject, in which consequently a large part of the development work is empirical takes place. Due to the standard forging techniques used to manufacture sample blades Forging to optimize the blade design is time-consuming and costly. In contrast, the invention provides a relatively inexpensive method of modifying aerodynamic ones Profile shapes so that the engine designers can easily find the optimal blade designs for the realization of such advanced operating features as e.g. reduced Engine noise, reduced specific fuel consumption and increased engine thrust can determine (due to rising fuel costs and stricter noise abatement laws will reduce fuel consumption and reduce engine noise levels today ascribed greater importance by the engine manufacturers).
Es wird dem Leser aus dem Vorangegangenen klar sein, daß ein wesentlicher Hauptzweck der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung neuartiger, verbesserter Verfahren und Vorrichtungen zum Wiederherstellen der Originalprofile verzogener Turbinen- und Verdichterschaufeln besteht.It will be clear to the reader from the foregoing that an essential The main purpose of the present invention is to provide novel, improved ones Methods and devices for restoring the original warped profiles Turbine and compressor blades.
Ein weiterer, gleich wichtiger Zweck der Erfindung besteht in der Bereitstellung von Verfahren und Vorrichtung zum Umformen von Turbinen- und Verdichterschaufeln durch Änderung der Verwindungen, Profile oder Tangentialversetzungen derselben.Another equally important purpose of the invention is that Provision of a method and device for reshaping turbine and compressor blades by changing the twists, profiles or tangential displacements of the same.
Die Grundsätze der vorliegenden Erfindung können ebenso mit Vorteil zum Umformen von anderen Gegenständen als Turbinen- und Verdichterschaufeln zu ihren ursprünglichen bzw. neuen Profilen angewandt werden.The principles of the present invention can also be used to advantage for reshaping objects other than turbine and compressor blades into theirs original or new profiles can be applied.
Weitere wichtige aber spezifischere Zwecke der Erfindung bestehen in der Bereitstellung von Verfahren und Vorrichtungen entsprechend den vorangehenden Zwecken mit spezifischer Bestimmung bzw. Ergänzung: daß sie zum Umformen von warmfesten Metallen und Legierungen eingesetzt werden können; daß sie dadurch relativ wirtschaftlich sind, daß sie die herkömmliche Arbeitsfolge des Ausschneidens und Ersetzens von Teilen, des Schweißens und des Schleifens zum Umformen des Profils eines vorhandenen Metallteils eliminieren.There are other important but more specific purposes of the invention in the provision of methods and devices according to the preceding Purposes with a specific provision or supplement: that they are used for the forming of heat-resistant Metals and alloys can be used; that this makes them relatively economical are that they follow the conventional sequence of cutting and replacing Parting, welding and grinding to reshape the profile of an existing one Eliminate metal part.
Weitere wichtige Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus den beiliegenden Patentansprüchen und der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung ersichtlich, in der: Fig. 1 eine Seitenansicht einer Muffel zum Umformen von metallischen Werkstücken in ursprüngliche bzw. neue Gestaltungsformen nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung darstellt; Fig. 2 eine Vorderansicht der Muffel darstellt; Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch die Muffel darstellt; und Fig. 4 eine perspektivische Wiedergabe eines Werkstüc s vor und nach der Bearbeitung zeigt, das sichtbar die Fähigkeit des hierin offenbarten neuartigen Verfahrens demonstriert, die Gestaltungsform von Turbinenschaufeln zu ändern; die Originalschaufel ist links und die umgeformte Schaufel rechts dargestellt.Other important objects, features and advantages of the invention are from the accompanying claims and the following detailed description of exemplary embodiments in connection with the accompanying drawing evident, in which: FIG. 1 shows a side view of a muffle for reshaping metallic workpieces in original or new forms according to the principles of the present Invention represents; Figure 2 is a front view of the muffle; Fig. 3 a represents vertical section through the muffle; and FIG. 4 is a perspective Reproduction of a workpiece before and after machining shows that the Ability of the novel process disclosed herein demonstrates the design shape of changing turbine blades; the original blade is on the left and the reshaped one Shovel shown on the right.
In Anwendung auf die Reparatur von Turbinen- und Verdichterschaufeln besteht eine Vorbereitung zum ersten Schritt im neuartigen Verfahren in einer Überprüfung, um festzustellen, ob und inwieweit eine Umformung nötig ist.Applied to the repair of turbine and compressor blades there is a preparation for the first step in the novel procedure in a review, to determine whether and to what extent a reshaping is necessary.
Schaufeln mit Verwindung oder übermäßiger Biegung oder örtlichen Verformungen von nicht mehr als 15% können durch das erfindungsgemässe Verfahren neu geformt werden.Blades with twisting or excessive bending or local deformations of not more than 15% can be reshaped by the method according to the invention will.
Schaufeln mit örtlichen Verformungen von mehr als 15% können durch Verwendung von Warmplattengesenken in die Toleranzgrenzen des erfindungsgemässen Verfahrens gebracht werden. Dies ist eine bekannte Methode und dann vorteilhaft zusammen mit der Erfindung anwendbar.Blades with local deformations of more than 15% can through Use of hot plate dies within the tolerance limits of the inventive Procedure. This is a well-known method, and it is beneficial applicable together with the invention.
Schaufeln, die durch das hierin offenbarte Verfahren umzuformen oder umzuprofilieren sind, werden mit normalen Methoden gereinigt; beispielsweise durch ein Alkali- oder Säurebad und Spülen. Danach werden sie mit einem Schutzüberzug überzogen. Bei Titan benutze man handelsübliche Graphit-Molybdändisulfidmischung. Dadurch wird Oxydation verringert, falls die Neuprofilierung in einer Luftatmosphäre stattfindet. Für Alulslinium, Superlegierungen und andere metallische Stoffe stehen andere bekannte Standard-Schutzüberzüge zur Verfügung.Blades formed or formed by the method disclosed herein to be re-profiled are cleaned using normal methods; for example through an alkali or acid bath and rinsing. After that they are covered with a protective cover overdrawn. In the case of titanium, a commercially available mixture of graphite and molybdenum disulphide is used. This will reduce oxidation if the re-profiling occurs in an air atmosphere takes place. Stand for aluminum, superalloys and other metallic substances other known standard protective covers are available.
Die gereinigten und überzogenen Schaufeln werden dann in eine nach den Grundsätzen der Erfindung ausgeführte und beispielsweise in Figuren 1 bis 3 dargestellte und durch Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Muffel eingegeben.The cleaned and coated blades are then put into a post the principles of the invention executed and for example in Figures 1 to 3 Muffle shown and identified by reference numeral 10 entered.
Die Muffel 10 besitzt ein Gehäuse bzw. eine Umkleidung 12 und wird auf einem durch Rollen 16 beweglich gemachten Ständer 14 getragen.The muffle 10 has a housing or a casing 12 and is carried on a stand 14 made movable by rollers 16.
Die Muffel 10 besitzt ein Gehäuse bzw. eine Umkleidung 12 und wird auf einem durch Rollen 16 beweglich gemachten Ständer 14 getragen. Eine Abdeckung bzw. ein Deckel 18 wird an dem Gehäuse 12 durch Gelenke 20 drehbar befestigt.The muffle 10 has a housing or a casing 12 and is carried on a stand 14 made movable by rollers 16. A cover or a cover 18 is rotatably attached to the housing 12 by hinges 20.
Der Deckel 18 läßt sich durch einen Handgriff 22 öffnen un Schließen, wobei die Handhabung des Deckels durch das Gegengewicht 24 erleichtert wird.The lid 18 can be opened and closed by a handle 22, the handling of the lid is facilitated by the counterweight 24.
Der Deckel 18 ist in der dargestellten, verschlossenen Lage durch eine Ringschraube 26 und eine auf die Schraube aufgeschraubte Mutter 28 verschließbar. Die Schraube ist drehbar an einem gehäusegestützten Winkelstück 30 befestigt und erstreckt sich nach oben durch Schlitze 32 und 34 in Gehäuse bzw. Deckel. Anziehen der Mutter 28 spannt den Deckel 18 gegen einen Rand 36 um das obere offene Ende des Gehäuses.The cover 18 is in the illustrated, closed position an eyebolt 26 and a nut 28 screwed onto the screw can be closed. The screw is rotatably attached to a housing-supported angle piece 30 and extends upward through slots 32 and 34 in the housing and cover, respectively. Attract the nut 28 biases the cover 18 against a rim 36 around the upper open end of the housing.
Das Muffelgehäuse 12 ist mit den dargestellten Schamottesteinen bzw. Ziegeln 40 isoliert. In dem Gehäuse ist ein einseitig ausgebildetes Gesenk 42 untergebracht, das eine Gesenkstirnfläche 44 besitzt, deren Profil dem umzuformenden Teil die für diesen Teil gewünschte Form verleihen soll. Das Gesenk kann entweder aus einem Metall oder aus Keramik hergestellt werden. Zu bevorzugen ist Keramik, da ihre Ausdehnung regulierbar ist und geeignete keramische Werkstoffe bei Erwärmung nicht ihre Form verändern und eine längere Lebensdauer besitzen. Ein geeigneter keramischer Werkstoff ist Thermasil 120, eine handelsübliche, gießbare Glassteinkeramik.The muffle housing 12 is made with the shown firebricks or Bricks 40 isolated. A die 42 formed on one side is accommodated in the housing, which has a die face 44, the profile of which is the part to be formed for to give this part the desired shape. The die can either be made of a metal or made of ceramic. Ceramic is preferable because of its size is adjustable and suitable ceramic materials do not change their shape when heated change and have a longer lifespan. A suitable ceramic material is Thermasil 120, a commercially available, castable glass block ceramic.
In dem oben angeführten Anwendungsbeispiel der Erfindung - die Umformung bzw. Umprofilierung von Turbinenschaufeln wird der Glasstein in das gewünschte Schaufelprofil mit Ausschnitten der Deckbänder und des Schaufelfußes gegossen In der Nähe der Oberfläche der Gesenkstirnfläche sind seitliche Löcher zur Aufnahme von (durch Bezugszeichen 146 in Figur 3 gekennzeichneten) Heizelementen eingebaut.In the example of application of the invention cited above - the deformation or re-profiling of turbine blades, the glass block becomes the desired blade profile Cast with cutouts of the shrouds and the blade root near the surface the die face are side holes for receiving (by reference numerals 146 in Figure 3) built-in heating elements.
Diese werden zur Erhöhung der Temperatur des zu formenden Werkstücks benutzt.These are used to increase the temperature of the workpiece to be formed used.
Turbinenschaufeln besitzen normalerweise sowohl konkave als auch konvexe Seiten. Zum Umformen kann man daher entweder ein konkav oder ein konvex ausgebildetes Gesenk benutzen, um der Schaufel das gewünschte Profil zu verleihen. Bevorzugt wird ein konkav ausgebildetes Gesenk, da sich dadurch die Schaufel leichter in der korrekten Lage halten läßt. Bei einem konkav ausgebildeten Gesenk is darüberhinaus die Schaufel so ausgerichtet; daß der Umformungsdruck im rechten Winkel bzw. so rechtwinklig wie möglich aüf die konkave Seite der Schaufel wirkt. Dies trägt auch dazu bei, die Schaufel durch Begrenzung ihrer Bewegung in ihrer korrekten Lage zu halten.Turbine blades typically have both concave and convex Pages. Either a concave or a convex shape can therefore be used for forming Use a die to give the shovel the desired profile. Is preferred a concave die, as this makes it easier for the blade to be in the correct position Can hold. In the case of a concave die, the blade is also used so aligned; that the forming pressure at right angles or so at right angles acts on the concave side of the blade as much as possible. This also helps keeping the shovel in its correct position by limiting its movement.
Der umzuformende Teil wird durch die oben genannten elektrischen Heizelemente 46 (von denen nur eines gezeigt wird) durch Wärmeleitung durch das Gesenk erwärmt. Die typisch als Widerstandsheizelemente ausgebildeten und beispielsweise aus Nickelchrom hergestellten Heizelemente sind im Gesenk in der Nähe der Gesenkstirnfläche 44 eingebettet. Die Heizelemente werden über die zu den Ausschnitten 50 im Muffelgehäuse 12 ausgerichteten Anschlußblöcke 148 mit Strom versorgt.The part to be formed is created by the electrical heating elements mentioned above 46 (only one of which is shown) is heated by conduction through the die. The typically designed as resistance heating elements and made, for example, of nickel chrome The heating elements produced are embedded in the die in the vicinity of the die face 44. The heating elements are aligned with the cutouts 50 in the muffle housing 12 Terminal blocks 148 supplied with power.
Die Temperatur in der Muffel wird durch (nicht gezeigte) Thermoelemente überwacht, deren Leitungen sich durch Öffnungen 52 zur Außenseite des Gehäuses erstrecken.The temperature in the muffle is determined by thermocouples (not shown) monitored, the lines of which extend through openings 52 to the outside of the housing.
Wie später ersichtlich, kann das umzuformende Werkstück unter Druck gesetzt werden, indem man fließfähiges, Druckmittel an ein elastisches Organ anlegt und den sich ergebenden Druck über die Masse eines nachgiebigen, kraftübertragenden Materials an das Werkstück übermittelt.As will be seen later, the workpiece to be formed can be under pressure be set by applying fluid pressure medium to an elastic organ and the resulting pressure across the mass of a compliant, force-transmitting Material transmitted to the workpiece.
Das Druckmittel wird durch eine mit einem Ventil 56 ausgerüstete Leitung 54 geliefert und der Druck wird durch da Manometer 58 überwacht. Das Druckmittel kann durch eine Leitung 60 abgelassen werden.The pressure medium is through a line equipped with a valve 56 54 is supplied and the pressure is monitored by the manometer 58. The pressure medium can be drained through line 60.
In vielen Anwendungsbereichen der Erfindung kann der zu formende Gegenstand auch (bzw. anstelle dessen) durch Erzeugen von Unterdruck in der Muffel 10 unter Druck gesetzt werden. Das Innere der Muffel kann durch eine mit einem Sicherheitszapfen 64 ausgerüstete Unterdruckleitung 62 evakuiert werden. Der Unterdruck im Gehäuse kann durch einen Unterdruckmesser 66 überwacht werden.In many areas of application of the invention, the object to be molded also (or instead) by generating negative pressure in the muffle 10 below Pressure to be set. The inside of the muffle can be opened by a safety pin 64 equipped vacuum line 62 are evacuated. The negative pressure in the housing can be monitored by a vacuum gauge 66.
Zur Umformung bzw. Formgebung wird eine Turbinen- bzw.For forming or shaping, a turbine or
Verdichterschaufel (durch Bezugszeichen 68 in Figur 3 gekennzeichnet) so auf die Gesenkstirnfläche 44 des Gesenkes 112 gelegt, daß ihre Kanten mit auf der Oberfläche eingravierten Positionierlinien übereinstimmen. Danach werden zur Unterstützung der Unterkante des Fußteiles, zum Verhindern von Bewegung und zum Unterstützen des Deckbandes (bzw. der Deckbänder) der Schaufel (nicht gezeigte) Metallunterlagen in den zur Aufnahme der letzteren vorgesehenen Hohlräume des Gesenks angebracht.Compressor blade (identified by reference number 68 in Figure 3) so placed on the die face 44 of the die 112 that its edges with the engraved positioning lines on the surface. After that, the Support of the lower edge of the foot section, to prevent movement and to Supporting the shroud (or shrouds) of the blade (not shown) Metal pads in the cavities of the die provided to accommodate the latter appropriate.
Es ist wichtig, daß die die 'chaufeldeckbänder aufnehmende Ausschnitte in der Gesenkstirnfläche genügend Spielraum besitzen, damit sich die Schaufel während des Unformungsganges entlang ihrer Längsachse bewegen kann. Es ist ebenfalls wichtig, daß der Ausschnitt für den Schaufelfuß derart ausgelegt ist, daß der Schaufelfuß genau gehalten werden kann.It is important that the 'blade shrouds receiving cutouts Have enough clearance in the die face so that the shovel is during of the unforming path can move along its longitudinal axis. It is also important that the cutout for the blade root is designed in such a way that the blade root can be kept accurate.
Nachdem die Schaufel plaziert und durch Unterlagen ausgeglichen worden ist, wird sie mit einer Platte 70 eines wärmebeständigen bzw. feuerfesten Materials wie Refrasil, Asbest usw. bedeckt. Der Hohlraum 72 im Gehäuse 12 oberhal der Platte 70 wird sodann mit einem nachgiebigen, wärmebeständigen, druckübertragenden Mittel 74 wie Stücken von Refrasil oder Vermiculit (einem wärmeausgedehnten teilweise verwitterten Glimmer) aufgefüllt. Es können auch Asbeststreifen oder wärmebeständige Glasperlen verwendet werden.After the shovel has been placed and leveled by pads is, it is covered with a plate 70 of a heat-resistant or refractory material such as refrasil, asbestos, etc. The cavity 72 in the housing 12 above the plate 70 is then coated with a compliant, heat-resistant, pressure-transmitting medium 74 like pieces of refrasil or vermiculite (a thermally expanded partially weathered Mica). Asbestos strips or heat-resistant glass beads can also be used be used.
Das nachgiebige Material wird durch die Platte 70 vom Berührung mit dem umzuformenden Teil ausgeschlossen, ein wichtiges praktisches Merkmal-der Erfindung. Genau gesagt wird das Werkstück während der Umformung mittels der hier beschriebenen neuartigen Methoden verformbar, wie hiernach verdeutlicht. Demzufolge können sich Teilchen des nachgiebigen Materials (bzw. Fremdstoffe, die mit dem Werkstück in Berührung treten) darin einbetten bzw. sich dem Werkstück aufprägen. Der Defekt ist in beiden Fällen aufgrund der harten Bedingungen, unter denen diese Bauteile mit hohem Wirkungsgrad arbeiten müssen, unannehmbar.The compliant material is kept out of contact with the plate 70 Excluded from the part to be formed, an important practical feature of the invention. To be precise, the workpiece is deformed during the forming process using the method described here new methods can be deformed, as illustrated below. As a result, you can Particles of the resilient material (or foreign matter that comes into contact with the workpiece Contact) embed in it or imprint itself on the workpiece. The defect is in both cases due to the harsh conditions under which these components have to work with high efficiency is unacceptable.
Nach Füllen des Hohlraumes 72 wird eine Lage 76 aus wärmebeständigem Gummi oder Silikon über das nachgiebige Material gelegt. Wenn der Muffeldeckel geschlossen wird und durch Anziehen der Mutter 28 an Ort und Stelle festgespannt wird, liefert die Lage 76 eine vakuum- bzw. druckdichte Abdichtung und dient darüberhinaus auf unten beschriebene Weise als ein druckübermittelndes Organ.After filling the cavity 72, a layer 76 of heat-resistant Rubber or silicone placed over the resilient material. When the muffle lid is closed will and clamped in place by tightening nut 28 is, the layer 76 provides a vacuum or pressure-tight seal and also serves as a pressure transmitting member in the manner described below.
Nach Abdichten der Muffel wird an die Oberseite der Gummiabdichtungslage 76 ein Luftdruck von 13,8 bis 20,7 kPa angelegt, und den Heizelementen 116 wird zum Erwärmen des Werkstückes Strom zugeführt. Die Temperatur wird durch die oben erwähnten Thermoelemente, die sich entlang der Schaufel befinden, wenn diese in die Muffel 10 eingeführt worden ist, gemessen und geregelt. Wenn die Schaufel die Umformungstemperatur erreicht, wird an die Oberseite der Gummiabdichtung der maximale Luftdruck angelegt. Bis zu 830 kPa Überdruck kamen zur Anwendung.After sealing the muffle, the rubber sealing layer is attached to the top 76 an air pressure of 13.8 to 20.7 kPa and the heating elements 116 is applied power is supplied to heat the workpiece. The temperature is through the above mentioned thermocouples, which are located along the blade when it is in the muffle 10 has been introduced, measured and regulated. When the shovel the When the deformation temperature is reached, the maximum Air pressure applied. Up to 830 kPa overpressure were used.
Die an das zu formende Teil durch das nachgiebige Material 74 übermittelte Hitze bzw. der Druck bewirken, daß das Metall unter einer Belastung, die unterhalb seiner Elastizitätgrenze liegt, plastisch fließt. Dieses plastische Fließen (bzw. Kriechumformen) gestattet, daß sich jede Schaufel der Form der Gesenkstirnfläche 44 anpaßt und dies beibehält.That transmitted to the part to be molded through the compliant material 74 Heat or pressure cause the metal under a load that is below its elastic limit lies, flows plastically. This plastic flow (resp. Creep forming) allows each blade to conform to the shape of the die face 44 adapts and maintains this.
Bei der Kriechumformung von Metallteilen mit diesem Verfahren können verschiedene Kombinationen von Unter-und überdruck mit Hitze angewandt werden. Beispielsweise können mit einem Hochvakuum (bis zu 1.105 Pa = 1 bar) in der Schaufelkammer 72 und bei Standardluftdruck auf der Oberseite der Abdichtlage 76 Titanschaufeln durch Kriechumformung auf ihre ursprüngliche Form bzw. eine neue Form ohne zusätzlichen Druck umgeformt werden.During the creep forming of metal parts with this process Different combinations of negative and positive pressure with heat can be applied. For example can with a high vacuum (up to 1,105 Pa = 1 bar) in the blade chamber 72 and at standard air pressure on the top of the sealing layer 76 titanium blades Creep deformation to its original shape or a new shape without additional Pressure can be transformed.
Ebenso können verschiedene Erwärmungsanordnungen zur Anwendung kommen.Various heating arrangements can also be used.
Zum Umformen oder Profilieren von Titanschaufeln werden di Schaufeln auf zwischen 593 0C und 7050C bei einem Überdruck von zwischen 100 und 350 kPa Überdruck erwärmt. Die benötigte Erwärmungszeit beträgt zwischen 30 Minuten und 4 Stunden. Bei der Umformung von Titan kann es auch von Vorteil sein, das Teil auf 315°C zu erwärmen und es ca.The blades are used for forming or profiling titanium blades to between 593 0C and 7050C at an overpressure of between 100 and 350 kPa overpressure warmed up. The heating time required is between 30 minutes and 4 hours. When reshaping titanium, it can also be advantageous to heat the part to 315 ° C heat and leave it approx.
30 Minuten lang auf dieser Temperatur zu halten, ehe die Temperatur auf das Umformungsniveau von 5930C erhöht wird.Hold at this temperature for 30 minutes before lowering the temperature is increased to the deformation level of 5930C.
Während der Erwärmung kann u.U. auch in dem mit dem nachgiebigen Material 74 angefüllten Hohlraum 72 eine inerte Atmosphäre aufrecht erhalten werden. Für diesen Zweck kommen Unterdrücke von 0,8 bis 1,0 bar und Argongas in Betracht. Beide sind durchaus wirksam beim Verringern des Vorkommens von beispielsweise Alphaschicht oder Oxydation von Titan.During the heating process, it may also be possible in the one with the flexible material 74 filled cavity 72 an inert atmosphere can be maintained. For For this purpose, negative pressures of 0.8 to 1.0 bar and argon gas come into consideration. Both are quite effective in reducing the occurrence of, for example, alpha layer or oxidation of titanium.
Nach der Umformung werden die Schaufeln gereinigt und dann unter Verwendung einer Fallbeilleere zum überprüfen der Verdrehung, des Profils und der Tangentialversetzung untersucht.After reshaping, the blades are cleaned and then put to use a hatchet to check the twist, the profile and the tangential dislocation examined.
Die Anwendung der Erfindung auf die Umformung von Titan-Düsentriebwerkschaufeln wird mit den folgenden Beispielen illustriert.Application of the invention to the forming of titanium jet engine blades is illustrated with the following examples.
BEISPIEL 1 SCHAUFEL EINER TURBINE PRATT & WHITNEY JT-9 Schaufel auf Gesenkstirnfläche legen, bedecken und Muffel wie oben beschrieben mit Vermiculit anfüllen. EXAMPLE 1 SHOVEL OF A PRATT & WHITNEY JT-9 TURBINE SHOVEL Place on the die face, cover and muffle with vermiculite as described above fill up.
Mit Silikonabdichtung bedecken und Muffeldeckel schließen.Cover with silicone sealant and close the mold cover.
Temperatur auf 4200C erhöhen.Increase temperature to 4200C.
Luftdruck auf Dichtungsoberseite auf zwischen 314,5 bis 70 kPa überdruck erhöhen. Temperatur und Druck 15 Minuten lang auf diesen Werten halten.Air pressure on top of seal between 314.5 to 70 kPa overpressure raise. Hold temperature and pressure at these levels for 15 minutes.
Temperatur auf 630 0C und Durck auf 240 bis 2145 kPa erhöhen. Eine Stunde lang auf diesen Werten halten.Increase temperature to 630 ° C and pressure to 240 to 2145 kPa. One Hold at these values for an hour.
Auf 370 C abkühlen, Muffel öffnen und Schaufeln herausnehmen.Cool to 370 C, open the muffle and remove the shovels.
Die Schaufel wird mit ihrem ursprünglichen Profil links in Figur 4 dargestellt. Die Schaufel wird nach Umformung rechts in dieser Figur gezeigt. Ein Vergleich der Darstellung vor und nach der Bearbeitung verdeutlicht die großen Formveränderungen, die in einem einzigen Arbeitsgang durch Verwendung des neuartigen Umformungsverfahrens in schwer umzuformenden Metallen durchgeführt werden können.The blade is shown with its original profile on the left in FIG shown. The blade is shown on the right in this figure after reshaping. A Comparison of the representation before and after processing shows the major changes in shape, in a single work step by using the new forming process can be carried out in metals that are difficult to form.
BEISPIEL II TURBOFANSCHAUFEL FÜR TRIEBWERK GENERAL ELECTRIC CF-6 Schaufel auf Gesenkstirnfläche legen, bedecken und Muffel wie oben beschrieben füllen und abdichten. EXAMPLE II TURBO FAN BLADE FOR GENERAL ELECTRIC CF-6 ENGINE Place the shovel on the face of the die, cover and fill the muffle as described above and seal.
Temperatur auf 310°C und Druck auf zwischen 314,5 und 70 kPa überdruck erhöhen. 15 Minuten lang auf diesen Werten halten.Temperature to 310 ° C and pressure to between 314.5 and 70 kPa overpressure raise. Hold at these levels for 15 minutes.
Temperatur auf zwischen 480°C und 530°C erhöhen und 15 Minuten lang auf diesem Wert halten.Increase temperature to between 480 ° C and 530 ° C and for 15 minutes hold on to this value.
Unterdruck in der Muffel auf zwischen 0,8 und 1,0 bar her abziehen.Reduce the negative pressure in the muffle to between 0.8 and 1.0 bar.
Temperatur auf 630 C und Druck auf 240 bis 2145 kPa erhöhen. Zwei Stunden lang auf dieser Temperatur und diesem Druck halten.Increase temperature to 630 C and pressure to 240 to 2145 kPa. Two Hold at this temperature and pressure for hours.
Auf 370°C abkühlen, Unterdruck aufheben, Muffel öffnen und Schaufel herausnehmen.Cool to 370 ° C, release negative pressure, open muffle and shovel remove.
Die in den vorangehenden Beispielen beschriebenen Verfahren haben sich für die Umformung von Ti6Al4V-Schaufeln als effektiv und rationell erwiesen. Es ist jedoch nicht kritisch, daß diese bestimmten Methoden sklavisch befolgt werden; um das oben angedeutete gewünschte Ergebnis zu erzielen, können sowohl Temperaturen und Drücke als auch Erwärmungszeiten geändert werden. In Abhängigkeit von Faktoren wie welches Metall oder welche Legierung umgeformt wird, können im allgemeinen Temperaturen zwischen 120°C und 1090°C angewandt werden. Ebenso können Drücke vo 10C bis 840 kPa und Zeiten auf Umformungstemperatur von 5 Minuten bis 6 Stunden zur Anwendung kommen. Es wird dem Leser klar sein, daß im vorliegenden Verfahren eine Beziehung zwischen Temperatur, Druck und Zeitdauer auf Temperatur besteht. Jeder Parameter wird nach Gesichtspunkten guter metallurgischer Praxis ausgewählt, um Materialschädigung im Umformungsverfahren auszuschließen.Have the procedures described in the previous examples proved to be effective and rational for the forming of Ti6Al4V blades. It is not critical, however, that these particular methods be followed slavishly; in order to achieve the desired result indicated above, both temperatures and pressures as well as heating times can be changed. Depending on factors how which metal or which alloy is formed can generally be determined by temperatures between 120 ° C and 1090 ° C can be used. Pressures from 10C to 840 kPa and times at forming temperature of 5 minutes to 6 hours are used come. It will be clear to the reader that in the present process there is a relationship exists between temperature, pressure and duration on temperature. Every parameter is selected according to the principles of good metallurgical practice to avoid material damage to be excluded in the forming process.
Die Anwendung des Verfahrens ist nicht durch die Größe der Werkstücke begrenzt. Beispielsweise kann es zum Umformen von Schaufeln im Größenbereich von einer Länge von 2,5 bis über 100 cm und einer Breite von 1,25 bis über 50 cm benutzt werden.The application of the process is not limited by the size of the workpieces limited. For example, it can be used to reshape blades in the size range of a length of 2.5 to over 100 cm and a width of 1.25 to over 50 cm are used will.
Im Interesse der Knappheit und Klarheit wird das neuartige Verfahren oben hauptsächlich unter Bezugnahme auf seine Anwendung auf die Umformung von Titan beschrieben. Es ist jedoch keinesfalls darauf beschränkt. Andere metallische Werkstoffe, die vorteilhaft durch Anwendung seiner Grundsätze umgeformt werden können, umfassen Aluminium, Eisen, Nickel und Kobalt und deren Legierungen, Superlegierungen usw..In the interests of brevity and clarity, the novel procedure is used above mainly with reference to its application to the working of titanium described. However, it is by no means limited to this. Other metallic materials, which can be advantageously reshaped by applying its principles Aluminum, iron, nickel and cobalt and their alloys, superalloys, etc.
Aus denselben Gründen behandelte die oben stehende Besprechung zum größten Teil die Wiederherstellung der ursprünglichen Formen von Teilen. Es läßt sich jedoch ebenso zum Ändern der Konstruktionsform eines Teils in eine neue Form anwenden, wie oben angedeutet wurde.For the same reasons, the discussion above dealt with the mostly restoring the original shapes of parts. It leaves however, it can also be used to change the design shape of a part to a new shape apply as indicated above.
Beispielsweise zum Ändern der Verwindung des Profils oder der Tangentialversetzung einer Schaufel zu einer neuen Konstruktionsform, wie es im Falle der in Figur 4 dargestellten Schaufel geschah. Darüberhinaus kann eine Schaufel neu um ihre ursprüngliche Mittellinie umgeformt werden; oder die Mittellinie kann beispielsweise im Verhältnis zum Schaufel fuß versetzt werden.For example, to change the twisting of the profile or the tangential offset a shovel to a new design shape, as in the case of the in Figure 4 illustrated shovel happened. In addition, a shovel can be rebuilt to its original one Midline to be reshaped; or the center line can for example be in proportion be moved to the shovel base.
Die Verfahren sind den oben beschriebenen ähnlich, jedoch wird das einseitig ausgebildete Gesenk auf die neue Schaufelkonstruktion profiliert. Ziemlich radikale Formänderungen können mit einem einzigen Gesenk durchgeführt werden, und durch aufeinanderfolgende Anwendung von konvexen und konkaven Gesenken können noch radikalere Änderungen durchgeführt werden.The procedures are similar to those described above, but this will One-sided die profiled on the new blade construction. Quite radical changes in shape can be carried out with a single die will, and by successive application of convex and concave dies even more radical changes are made.
Die Erfindung kann ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken oder den wesentlichen Merkmalen derselben in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden. Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht einschränkend anzusehen, wobei der Umfang der Erfindung eher durch die beigefügten Patentansprüche als durch durch die vorangehende Beschreibung angedeutet wird; und es ist daher beabsichtigt, daß alle Änderungen, die in den Bereich des Sinnes und Gleichwertigkeitsbereiches der Patentansprüche fallen, davon umfaßt werden.The invention can without departing from the inventive concept or the essential features of the same are carried out in other specific forms. The present embodiments are therefore intended to be exemplary in all respects and not to be considered limiting, the scope of the invention being understood by the appended claims as indicated by the foregoing description will; and it is therefore intended that all changes that come within the scope of the The meaning and scope of equivalency of the patent claims fall, are encompassed thereby.
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